Cỏc kết quả nghiờn cứu thử nghiệm
Trong những năm qua, Viện Cụng nghệ Xạ Hiếm là đơn vị duy nhất nghiờn cứu cụng nghệ xử lý cỏc mẫu quặng cỏt kết thuộc cỏc khu vực ở vựng bồn trũng Nụng Sơn.
- Về nghiờn cứu khoỏng thạch học: đó thu được nhiều số liệu về đặc
điểm thạch học, khoỏng vật và thành phần hoỏ học, sự phõn bố urani trong cỏt kết,… cú liờn quan đến cụng nghệ xử lý quặng.
- Về nghiờn cứu cụng nghệ xử lý quặng: thực hiện nghiờn cứu cụng nghệ thuỷ luyện trong phạm vi phũng thớ nghiệm: Đối với tất cả cỏc cụng
đoạn của quỏ trỡnh xử lý thải hoỏ học: Từ chuẩn bị quặng (ảnh hưởng cỏc thụng số quỏ trỡnh đập nghiền đến phõn cấp cỡ hạt), hoà tỏch (ảnh hưởng của quặng đầu, độ hạt, tỏc nhõn và nồng độ tỏc nhõn hoà tỏch, tỷ lệ rắn lỏng, nhiệt
độ, thời gian đến hiệu quả quỏ trỡnh hoà tỏch), phõn chia rắn lỏng (cỏc yếu tố ảnh hưởng và sử dụng chất trợ lắng, trợ lọc trong quỏ trỡnh lắng, lọc), tỏch tạp chất và làm giàu urani (cỏc thụng số của quỏ trỡnh hấp thụ và giải hấp thụ, trao đổi ion trong bựn chiết, chiết và giải chiết, điều kiện kết tủa chọn lọc loại tạp chất), kết tủa urani kỹ thuật (lựa chọn tỏc nhõn và thụng số cỏc quỏ trỡnh lọc, sấy, nung sản phẩm) đến xử lý thải (mức độđộc hại và độ phúng xạ của cỏc loại thải rắn và lỏng cỏc quỏ trỡnh trung hoà, cộng kết, xi măng hoỏ).
- Về đối tượng quặng: đối tượng nghiờn cứu trải rộng trờn cỏc mẫu quặng đó được phỏt hiện: cỏc khu vực Khe Hoa, Khe Cao, Pà Lừa, Pà Rồng, An Điềm, Đụng Nam Giằng, cỏc cấp hàm lượng từ 0,5% U3O8 (giới hạn trờn của quặng loại trung bỡnh theo IAEA) tới 0,15% U3O8 (giới hạn trờn của quặng loại trung bỡnh theo IAEA) và quặng nghốo (0,04 - 0,06% U3O8) và cỏc mức độ phong hoỏ khỏc nhau: Quặng chưa phong hoỏ, bỏn phong hoỏ và phong hoỏ.
- Về việc thử nghiệm cỏc giải phỏp xử lý: cỏc phương phỏp hoà tỏch tĩnh, hoà tỏch khuấy trộn, hoà tỏch vi sinh, trao đổi ion, chiết dung mụi, kết
tủa chọn lọc, cỏc quỏ trỡnh tuần hoàn, cỏc quỏ trỡnh nhiều bậc đó được thử
nghiệm.
- Thực hiện mụ hỡnh hoỏ và bước đầu cú số liệu về tối ưu hoỏ một số
quỏ trỡnh cụng nghệ (quỏ trỡnh hoà tỏch khuấy trộn và hoà tỏch tĩnh).
Ngoài ra, một số kết quả quan trọng khỏc trong việc nghiờn cứu xử lý quặng là đó thu được sản phẩm urani kỹ thuật với hàm lượng 45 - 80% U3O8
dựng làm nguyờn liệu đầu cho cỏc nghiờn cứu tiếp theo về chu trỡnh nhiờn liệu; duy trỡ hoạt động của phũng thớ nghiệm làm cơ sở ban đầu cho những nghiờn cứu tiếp theo về xử lý quặng phúng xạ; thực hiện quỏ trỡnh tự đào tạo và tham gia vào quỏ trỡnh đào tạo đại học và sai đại học trong lĩnh vực xử lý quặng phúng xạ và đảm bảo mụi trường.
Tuy nhiờn, cỏc nghiờn cứu thử nghiệm này đều sử dụng cỏc mẫu quặng kỹ thuật, chưa cú tớnh đại diện cho khu mỏ. Vỡ vậy với mẫu quặng cụng nghệ
thuộc đề ỏn tới đõy được lấy một cỏch bài bản, cẩn thận, cần cú những thử
nghiệm nhằm xỏc định chớnh xỏc tất cả cỏc thụng số cụng nghệ trong cụng nghệ xử lý quặng để cú thể tớnh toỏn chi phớ.
Dưới đõy là túm tắt kết quả nghiờn cứu của cỏc đề tài nghiờn cứu về
cụng nghệ xử lý quặng cỏt kết Nụng Sơn:
+ Đề tài “Nghiờn cứu xử lý quặng cỏt kết khu vực Pà Lừa với quy mụ 2 tấn
quặng/mẻđể thu sản phẩm urani kỹ thuật”
Quặng được sử dụng trong đề tài là quặng cỏt kết khu vực Pà Lừa, tỉnh Quảng Nam. Cỏc mẫu được lấy qua cỏc vết lộ, cỏc hào thuộc cỏc lớp đỏ chứa quặng số 1, 1a và 2 đảm bảo đại diện cho cỏc loại hỡnh cú mức độ phong húa khỏc nhau và cú hàm lượng trung bỡnh từ 0,05 - 0,20% U3O8. Khụng cú sự
thay đổi đỏng kể hàm lượng urani theo cấp hạt nghiền. Hàm lượng cacbonat dao động từ 3 - 6%, trong đú quặng CPH nhiều gấp 2 lần so với quặng BPH và PH.
Việc thử nghiệm hũa tỏch tĩnh theo mẻ được tiến hành trong cỏc thựng nhựa cú dung tớch 200 lớt (D = 0,6 m; H = 0,9 m). Mỗi thựng chứa 250 - 300 kg quặng, chiều cao lớp quặng 0,7 - 0,8 m. Chi phớ axit từ 20 - 40 kg/tấn quặng. Quặng được đập, nghiền đến kớch thước ≤ 30 mm. Tỷ lệ quặng cú kớch thước < 3mm sau quỏ trỡnh đập nghiền khỏc nhau tựy thuộc vào loại quặng.
27
Đối với quặng BPH và CPH thỡ tỷ lệ này là 15 - 30%, riờng quặng PH lờn tới 50 - 60%. Trong một số thử nghiệm đối với quặng CPH, quặng được đưa vào nghiền bỳa để cú cỡ hạt ≤ 25 mm.
Đề tài đó nghiờn cứu quỏ trỡnh hũa tỏch kết hợp với trộn ủ quặng CPH. Với chi phớ axit 30 kg/tấn quặng, chất ụxy húa 3 kg/tấn quặng và ủ 3 ngày, hiệu suất hũa tỏch urani đạt >89%. Hàm lượng tạp chất sắt, silic và nhụm thấp hơn tại thời điểm đạt tới hiệu quả hũa tỏch urani tối đa. Vỡ vậy đõy là phương phỏp thớch hợp làm tăng hiệu quả quỏ trỡnh hũa tỏch.
Đề tài đó nghiờn cứu hoà tỏch tĩnh nhiều bậc ngược chiều (1 - 10 bậc) cú tuần hoàn dung dịch, thu được dung dịch cú nồng độ urani đạt > 3 g/l. Sau
đú thu hồi urani bằng phương phỏp kết tủa trực tiếp.
Đề tài đó xõy dựng hệ thống thử nghiệm xử lý quặng cỏt kết quy mụ 2 tấn quặng/mẻ theo sơ đồ cụng nghệ gồm cỏc cụng đoạn chớnh là đập nghiền, trộn, hũa tỏch tĩnh và kết tủa trực tiếp thu urani kỹ thuật. Vấn đề làm chủ tốc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
độ hũa tỏch tĩnh, kết tủa tạp chất, thu hồi thải lỏng và tỏi sử dụng nước đó
được tỡm hiểu và đề xuất cỏch giải quyết. Hiệu suất hũa tỏch urani, nồng độ
urani và tạp chất trong dung dịch sau hũa tỏch phụ thuộc rất lớn vào loại quặng và phương phỏp hũa tỏch. Dũng chảy pha lỏng qua lớp quặng, nồng độ
và lượng axit cần thiết cú thể được đảm bảo khi duy trỡ chế độ dàn tưới ổn
định với lưu lượng 50 - 70 l/m2.giờ hoặc sử dụng axit đặc trong giai đoạn đầu quỏ trỡnh hũa tỏch). Đề tài nghiờn cứu kết tủa trực tiếp thu hồi urani từ dung dịch hũa tỏch đạt yờu cầu chất lượng và cũng đó tỡm hiểu việc sử dụng chất trợ lắng làm tăng tốc độ cỏc quỏ trỡnh lắng và lọc. Việc tỏi sử dụng nước trong dõy chuyền cụng nghệ xử lý quặng urani là cần thiết và khả thi, một mặt làm giảm chi phớ nước sạch, một mặt giảm chất thải lỏng cần xử lý.
+ Đề tài “Nghiờn cứu cụng nghệ để chuẩn bị cho bước xử lý quặng urani ở
quy mụ pilốt”
Đề tài đó hoàn thành bỏo cỏo tổng quan trờn cơ sở tham khảo kết quả
nghiờn cứu thu được trong hơn 20 năm qua trong lĩnh vực nghiờn cứu xử lý quặng chứa urani tỡm thấy ở Việt Nam. Đó tổng hợp và đỏnh giỏ cỏc phương phỏp nghiờn cứu xử lý quặng và cỏc kết quả thu được làm cơ sở cho việc luận bàn về bước triển khai nghiờn cứu tiếp theo ở quy mụ pilot. Dựa trờn quan hệ
phõn bố urani trong cỏc mẫu quặng khỏc nhau thuộc khu vực Đụng Nam Giằng, Pà Lừa, Pà Rồng thuộc bồn trũng Nụng Sơn. Đó khảo sỏt quỏ trỡnh trao đổi ion đối với dung dịch thu được từ quỏ trỡnh hũa tỏch tĩnh quặng urani khu vực Nụng Sơn.
+ Đề tài “Nghiờn cứu chuyển quy mụ từ thiết bị phũng thớ nghiệm lờn thiết bị
800 lớt cho quỏ trỡnh hũa tỏch urani từ quặng cỏt kết Nụng Sơn bằng phương
phỏp thấm” đó xõy dựng được một mụ hỡnh thực nghiệm với việc đưa ra khỏi
niệm “lần xử lý” biểu thị yếu tố thời gian xử lý quặng: 8068 , 3 X 1017 , 0 X 0009 , 0 8068 , 3 X 1017 , 0 X 0009 , 0 2 2 t ). 2013 , 0 0006 , 0 ( 1 t ). 0775 , 0 X 0077 , 0 ( R + − + − + + − =
Từ phương trỡnh này, chỳng ta cú thể tớnh được hiệu suất hũa tỏch urani
R từ quặng sau cỏc lần xử lý t khi biết nồng độ axit sử dụng.
+ Đề tài “Nghiờn cứu động học quỏ trỡnh hũa tỏch quặng cỏt kết chứa urani
chưa phong húa”
Đối tượng nghiờn cứu trong đề tài là quặng cỏt kết khu vực Pà Lừa, chủ
yếu thuộc loại chưa phong húa và một phần là bỏn phong húa. Thành phần chớnh của quặng như sau: UO3: 0,14%; ThO2: 45,9ppm; Ra: 0,28ppb; Fe: 1,816%,; SiO2: 69,77%; Al2O3: 4,74% và hàm lượng cacbonat 2 - 4%. Để tài
đó nghiờn cứu cả hũa tỏch khuấy trộn và hũa tỏch thấm.
Trong hũa tỏch thấm đó sử dụng cột nhựa cú tiết diện 95 cm2 và chiều cao lớp quặng là 1 m. Thấm ướt quặng bằng nước và để khụ cột qua ngày. Dung dịch tưới qua cột quặng là dung dịch axit sunfuric cú nồng độ khụng đổi (30, 40 và 50 g/l) và lưu lượng khụng đổi (0,85 lớt/giờ). Quỏ trỡnh hũa tỏch dừng lại khi nồng độ axit của phõn đoạn trước và phõn đoạn tiếp theo khỏc nhau khụng quỏ 2 g/l.
Đề tài đó nghiờn cứu động học quỏ trỡnh khuấy trộn cũng như hũa tỏch thấm. Kết quả cho thấy cỏc quỏ trỡnh này tuõn theo mụ hỡnh nhõn phản ứng giảm dần, giai đoạn tiền khuếch tỏn ban đầu do quỏ trỡnh húa học và khuếch tỏn cựng nhau kiểm soỏt, giai đoạn sau do quỏ trỡnh khuếch tỏn hoàn toàn kiểm soỏt. Đề tài xỏc định được năng lượng hoạt húa ở giai đoạn tiền khuếch tỏn (12,29 kcal/mol) và năng lượng hoạt húa của quỏ trỡnh ở giai đoạn khuếch tỏn (3,95 kcal/mol). Đề tài đó xõy dựng được mụ hỡnh quỏ trỡnh hũa tỏch thấm
29
quặng urani nghốo cho một đơn vị cơ sở, mụ hỡnh này cú thể sử dụng để dự đoỏn và tớnh toỏn trước một số thụng số cần thiết đối với quy mụ thực nghiệm lớn hơn. Đề tài này cũng đó xõy dựng một số phương trỡnh làm cơ sở cho bài toỏn tối ưu cỏc điều kiện cụng nghệ theo giỏ thành sản phẩm khi triển khai.
+ Đề tài: “Xử lý quặng urani khu vực Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủở quy mụ
500 kg/mẻ để thu urani kỹ thuật”: trong đề tài này, nhúm tỏc giả đó nghiờn
cứu thử nghiệm ỏp dụng kỹ thuật trộn ủđể hũa tỏch urani từ quặng cỏt kết khu vực Pà Lừa (bao gồm cả 3 loại hỡnh và cú hàm lượng urani trung bỡnh 0,043% U). Sau khi nghiờn cứu khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hũa tỏch urani ở quy mụ phũng thớ nghiệm và thử nghiệm hũa tỏch ở quy mụ 500 kg quặng /mẻđó đưa ra một quy trỡnh hũa tỏch bằng trộn ủ với mẫu quặng này. Trước hết, phần quặng dạng cục (chưa phong húa và bỏn phong húa)
được đập 2 cấp để cú cỡ hạt - 20 mm. Trong giai đoạn trộn quặng với axit, cứ
2 phần quặng đập thỡ thờm 1 phần quặng bột (phong húa), sau đú bổ sung chất ụxy húa (KClO3, theo tỷ lệ 3 kg/tấn quặng). Trước khi đưa axit vào trộn axit (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
được pha loóng trước bằng nước (theo tỷ lệ 20 kg axit/500 kg quặng + 50 lớt nước). Sau khi trộn đều, hỗn hợp phản ứng được đỏnh đống và ủ trong 3 ngày. Sau đú chuyển khối quặng vào cột và tiến hành rửa theo kiểu giỏn đoạn. Mỗi lần rửa được tớnh từ khi bơm dung dịch rửa vào cột (bơm cho đến khi dung dịch lú ra khỏi cột thỡ dừng) và cho tới khi dung dịch chảy hết khỏi cột. Với độ cao khoảng 5 m của cột quặng, đó tiến hành rửa 5 lần bằng dung dịch axit, lần thứ 6 rửa bằng nước thường. Dung dịch cỏc lần rửa sau cú nồng độ
urani rất nhỏ dựng làm dung dịch tuần hoàn cho mẻ hũa tỏch tiếp theo. Theo quy trỡnh này cú thể thu được dung dịch hũa tỏch cú nồng độ U = 1,2 g/l, hiệu suất hũa tỏch đạt tới 85%. Tổng chi phớ axit là 42,3 kg/tấn quặng, chi phớ nước là 77% (theo khối lượng). Tổng thời gian xử lý quặng bao gồm khõu trộn, ủ và rửa cho một mẻ là 11 ngày.
+ Đề tài: “Nghiờn cứu quy trỡnh cụng nghệ xử lý chất thải phúng xạ của quỏ
trỡnh thuỷ luyện quặng urani” (năm 2006 - 2007) đó đưa ra quy trỡnh xử lý
cỏc chất thải sinh ra trong quỏ trỡnh xử lý quặng:
- Với dung dịch thải: dung dịch được trung hũa trong thiết bị khuấy trộn bằng sữa vụi (cú nồng độ khoảng 20g CaO/l) tới khi pH = 8, sau đú bổ
phỳt. Sau đú tiếp tục bổ sung sữa vụi vào để nõng pH lờn tới 10 và khuấy thờm khoảng 20 phỳt nữa cho Ra kết tủa cộng kết hoàn toàn với BaSO4. Để
yờn một vài ngày, sau đú lắng gạn phần dung dịch trong, phần bựn được chuyển sang lọc ly tõm. Bó sau lọc được xử lý và quản lý cựng với bó quặng.
- Với bó quặng: trộn đều bó với bột CaO với tỷ lệ 20 kg/tấn bó ẩm (độ ẩm khoảng 15 - 20%) bằng mỏy trộn; sau chuyển toàn bộ hỗn hợp đó trộn ở
bước trờn đõy vào thựng sắt và nộn chặt để giảm thể tớch của chất thải. Tiếp theo đúng nắp thựng. Dỏn nhón chứa đựng cỏc thụng tin của chất thải và đo suất liều bề mặt của từng thựng. Cuối cựng chuyển cỏc thựng chứa chất thải rắn về kho chứa thải và xếp chỳng theo từng lớp và quản lý.
I.5. Cơ sở lý luận của việc lựa chọn phương phỏp hũa tỏch quặng urani
Cụng nghệ xử lý quặng urani bao gồm nhiều cụng đoạn. Cỏc cụng đoạn chớnh trong chu trỡnh xử lý quặng để thu nhận urani kỹ thuật là chuẩn bị
quặng, đập, nghiền, tuyển sơ bộ (tuyển phúng xạ, tuyển trọng lực, tuyển nổi…), hoà tỏch quặng đó nghiền, phõn chia cỏc pha rắn lỏng, tỏch chọn lọc urani từ dung dịch hoà tỏch dưới dạng hợp chất này hay hợp chất khỏc của nú với độ sạch kỹ thuật cần thiết (để tỏch urani từ dung dịch hoà tỏch cú thể sử
dụng nhiều phương phỏp hoặc kết hợp giữa cỏc phương phỏp đú, như trao đổi ion trong dung dịch, trao đổi ion trong bựn quặng, chiết dung mụi, kết tủa trực tiếp từ dung dịch hoà tỏch); kết tủa urani kỹ thuật, sấy và đúng gúi lưu giữ sản phẩm. Trong một số trường hợp tiếp sau quỏ trỡnh chuẩn bị quặng là cụng
đoạn xử lý sơ bộ quặng (nung quặng ở nhiệt độ cao, chẳng hạn trong trường hợp xử lý quặng vanađi chứa urani). Tuy nhiờn, khụng phải đối với loại quặng nào cũng phải trải qua cỏc cụng đoạn như đó nờu, cỏc cụng đoạn phụ thuộc từng loại quặng cụ thể. Sơ đồ cụng nghệ tổng quỏt xử lý quặng urani bao gồm cỏc cụng đoạn như trỡnh bày ở hỡnh 3.
31
Hỡnh 3. Sơđồ tổng quỏt quỏ trỡnh thuỷ luyện quặng urani
Trong cỏc cụng đoạn trờn, cụng đoạn hũa tỏch là cụng đoạn khú khăn, tốn kộm và chiếm nhiều chi phớ, thời gian nhất. Do đú núi đến lựa chọn giải phỏp cụng nghệ trước hết cần phải núi đến việc lựa chọn phương phỏp nào cho cụng đoạn hũa tỏch để đạt hiệu quả nhất. Như vậy,hoà tỏch là cụng đoạn quan trọng của quỏ trỡnh xử lý quặng urani. Để lựa chọn được phương phỏp hũa tỏch thớch hợp cho từng loại quặng cụ thể cần căn cứ vào cỏc yếu tố chớnh như sau:
- Tỉ lệ lượng urani được hoà tỏch từ quặng (hiệu suất hũa tỏch).
- Lượng và loại tỏc nhõn hũa tỏch mà giỏ thành của nú chiếm chủ yếu cho quỏ trỡnh hũa tỏch và đũi hỏi duy trỡ cỏc điều kiện hoà tỏch thớch hợp khỏc. - Nồng độ của tạp chất trong dung dịch hoà tỏch mà chỳng sẽ cú ảnh hưởng lớn đến cỏc cụng đoạn sau như chiết, trao đổi ion, kết tủa và xử lý nước thải. - Sự đũi hỏi cụng đoạn nghiền, thiết bị phõn chia rắn lỏng của quỏ trỡnh hoà tỏch và ảnh hưởng đến lựa chọn chụn cất thải và cỏc đặc tớnh của thải.
Về việc lựa chọn tỏc nhõn hũa tỏch: Quặng urani cú thể được xử lý